JPH11129035A

JPH11129035A - 金属板の加工方法

Info

Publication number: JPH11129035A
Application number: JP9297402A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Sugita; 知之杉田; Kuniaki Matsui; 邦昭松井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】多額の設備投資を必要とせず、成形性を向上
させることができると共に、その後の溶接加工における
溶接性及び脱脂工程における脱脂性が良好である金属板
の加工方法を提供する。【解決手段】４０℃での粘度が２０ｍｍ²／ｓ以下で
ある潤滑油を金属板の表面に塗布した後、前記金属板を
金型内に配置しプレス成形したときに割れが発生しやす
い前記金属板の表面の位置に−５０℃以下の冷却媒体を
噴霧することにより前記潤滑油を固形化させる。そし
て、前記冷却媒体の噴霧の後１０秒以内に前記金属板を
プレス成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車部品、電機機
器部品及び航空機部品等に使用される金属板の加工方法
に関し、特に、プレス成形性並びにプレス成形後の溶接
性及び脱脂性が優れた金属板の加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、自動車の軽量化を図るため、高張
力鋼板及びアルミニウム又はアルミニウム合金板（以
下、アルミニウム及びアルミニウム合金を総称してアル
ミニウムという）の使用が増えつつある。しかし、これ
らの金属板は従来の鋼板と比してプレス成形性が劣って
いるので、プレス成形時に、加工条件が厳しい部位に割
れが発生しやすい。このため、設計時に製品の形状が制
限されてしまう。

【０００３】そこで、自動車製造工程においては、これ
らの金属板のプレス成形性が低いという弱点を補うため
に、従来使用されている低粘度の洗浄油に代えて、高粘
度のプレス油の使用及び板表面に固形の潤滑皮膜を形成
させる固形潤滑剤の使用が検討されている。

【０００４】プレス油又は固形潤滑剤を使用してプレス
成形が行われた場合には、その後の組立工程の際には潤
滑剤が除去されずに溶接加工等が行われる。そして、組
立工程終了後に脱脂工程が行われ、潤滑剤が除去され
る。しかし、プレス成形時に高粘度のプレス油が使用さ
れた場合には、塗油された金属板同士が密着して剥がれ
ないハンドリング性不良が発生したり、脱脂工程におい
てプレス油が十分には除去されないという問題が発生す
る。一方、固形潤滑剤が使用された場合には、組立工程
中の溶接加工時に金属板表面に形成された潤滑皮膜が溶
接電流を阻害するため、溶接強度が低下したり、スポッ
ト電極寿命が短くなり、溶接性が著しく低下する。

【０００５】そこで、本願発明者等は極低温加工による
プレス成形方法を提案した（特開平４−３０００３２号
公報）。この公報に記載されたプレス成形方法において
は、アルミニウム板の表面に極低温加工用の潤滑油を塗
布し、液体窒素に浸漬してアルミニウム板を冷却した
後、プレス成形している。このように金属板を液体窒素
に浸漬するための冷却装置は特開平６−８２１３５乃至
８２１３７号公報等に開示されている。

【０００６】また、アルミニウム又はアルミニウム合金
板の表面に潤滑油を塗布した後、−５０℃以下に十分冷
却し、プレス成形する方法が提案されている（特開平６
−４７４５５号公報）。この公報に記載されたプレス方
法においては、天然油脂又は天然油脂重合物を５０重量
％以上含有する潤滑剤を塗布されたアルミニウム又はア
ルミニウム合金板を−５０℃以下に冷却した後、プレス
成形を行っている。アルミニウム板は低温にて機械的性
質が著しく向上するので、−５０℃以下で有効な潤滑剤
を使用してプレス成形を行うことにより、プレス成形性
が向上する。

【０００７】更に、プレス金型の温度を制御して深絞り
成形を行う方法が提案されている（特開平６−８７０２
９号公報、特開平６−８７０３０号公報）。これらの公
報に記載された成形方法においては、深絞り成形に使用
されるポンチ及びダイ又は板押え部の温度を制御すると
共に、被成形材である鋼板の表面に潤滑油を塗布し、そ
の上に非金属材料を貼り付けて深絞り成形を行ってい
る。この成形方法においては、プレス金型の温度を制御
することにより摩擦抵抗を低減し、また、非金属材料を
使用することによりしわの発生を防止できるので、成形
性が向上する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−３０００３２号公報に提案されたプレス成形方法は
所期の目的は達成したものの、アルミニウム板を液体窒
素に浸漬する必要があるため、量産時には特開平６−８
２１３５乃至８２１３７号公報に記載されたような冷却
装置が必要となり、多額の設備投資が必要となる。ま
た、液体窒素で完全に冷却してからプレス成形を行うの
で、鋼板等の低温脆性を示す材料には適用できないとい
う問題点がある。また、特開平６−４７４５５号公報に
記載されたプレス方法においても、アルミニウム板を液
体窒素に浸漬するので、同様の問題点がある。

【０００９】更に、特開平６−８７０２９号公報及び特
開平６−８７０３０号公報に記載された深絞り成形方法
においては、プレス金型の冷却を行うので、低温脆性を
起こさない材料を使用する必要があり、コストが上昇す
る。また、プレス金型の冷却工程自体がコスト上昇の原
因となる。更に、金型の寸法精度を確保するのが困難で
あると共に、成形性を向上させる効果は十分ではない。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、多額の設備投資を必要とせず、成形性を向
上させることができると共に、その後の溶接加工におけ
る溶接性及び脱脂工程における脱脂性が良好である金属
板の加工方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属板の加
工方法は、４０℃での粘度が２０ｍｍ²／ｓ以下である
潤滑油を金属板の表面に塗布する工程と、前記金属板を
金型内に配置する工程と、プレス成形したときに割れが
発生しやすい前記金属板の表面の位置に−５０℃以下の
冷却媒体を噴霧することにより前記潤滑油を固形化させ
る工程と、前記冷却媒体の噴霧の後１０秒以内に前記金
属板をプレス成形する工程とを有することを特徴とす
る。

【００１２】本発明においては、適切な粘度を有する潤
滑油を金属板の表面に塗布し、金属板の割れが発生しや
すい位置に適切な温度の冷却媒体を噴霧し、この直後に
金属板のプレス成形を行う。潤滑油は冷却されると固形
化されワックス状になり、その潤滑性が向上するので、
金属板の成形性が向上する。また、金属板の内部までは
冷却されないので、高張力鋼板等を使用しても低温脆性
によるプレス破断が生じることがない。固形化された潤
滑油の温度はプレス成形後に上昇し、その粘度は適切な
ものとなる。従って、その後の溶接加工における溶接性
及び脱脂工程における脱脂性は低粘度の潤滑油が塗布さ
れた場合と同等の良好なものとなる。

【００１３】なお、前記冷却媒体は液体窒素、液体ヘリ
ウム又はドライアイスであってもよい。液体窒素、液体
ヘリウム及びドライアイスの温度は−５０℃以下である
と共に、入手しやすいので冷却媒体として好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
るため、鋭意実験研究を重ねた結果、適切な粘度を有す
る潤滑油を金属板の表面に塗布し、金属板の表面に適切
な温度の冷却媒体を噴霧することにより金属板の表面に
塗布された潤滑油を固形化し、その直後にプレス成形を
行うことにより、多額な設備投資が必要とせずに、良好
な成形性を得ることができると共に、その後の溶接性及
び脱脂性を低粘度の潤滑油が塗布された場合と同等の良
好なものにすることができることを見い出した。

【００１５】以下、本発明に係る金属板の加工方法にお
ける数値限定理由について説明する。

【００１６】潤滑油の粘度：２０ｍｍ²／ｓ以下（４０
℃）潤滑油の粘度は高いほど潤滑性が優れている。しかし、
４０℃での粘度が２０ｍｍ²／ｓを超える潤滑油を使用
すると、その後の脱脂工程における脱脂性が低下する。
また、塗油された金属板を重ねた場合、相互に密着して
剥がしにくくなる。更に、接合強度が低下して溶接性が
低下することもある。従って、４０℃での潤滑油の粘度
は２０ｍｍ²／ｓ以下とする。

【００１７】このような潤滑油は−５０℃以下に冷却さ
れると固形化されてワックス状になり、その潤滑性が向
上する。その後、常温下に放置されると、潤滑油の温度
が上昇して、潤滑油は液状化され、その粘度が２０ｍｍ
²／ｓ以下となる。

【００１８】冷却媒体の温度：−５０℃以下冷却媒体は板表面に噴霧されたときに、板表面に塗布さ
れた潤滑油を冷却し固形化させる。冷却媒体の温度が−
５０℃を超えると、潤滑油を固形化させにくく、潤滑性
を向上させることができない。従って、冷却媒体の温度
は−５０℃以下とする。なお、冷却媒体の種類は特に限
定されるものではない。使用目的に応じて、例えば、液
体窒素、液体ヘリウム又はドライアイスを霧状にしたも
のが使用される。液体窒素、液体ヘリウム及びドライア
イスは入手しやすいので、冷却媒体として好ましい。ま
た、冷却媒体を噴霧する方法も特に限定されるものでは
ない。但し、生産性の観点から、プレス成形機の側方に
冷却媒体が封入されたボンベを配設し、プレス成形前に
ボンベに連結されたノズルから冷却媒体を直接噴霧する
方法が望ましい。

【００１９】プレス成形の時期：冷却媒体の噴霧後１０
秒以内冷却媒体を噴霧した後、１０秒を超えると、金属板自体
まで冷却され、材料によっては低温脆性により破断が発
生する。また、固形化された潤滑油が溶解し、潤滑性が
低下する。従って、プレス成形は、冷却媒体を噴霧した
後、１０秒以内に行うこととする。

【００２０】なお、金属板の材料は特に限定されるもの
ではなく、一般的にプレス成形によって加工される材料
を製品に要求される特性に応じて選択すればよい。例え
ば、高強度が必要とされる場合には鋼板を使用し、軽量
であることが要求される場合にはアルミニウム板を使用
すればよい。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。

【００２２】第１実施例先ず、試験材として板厚が１ｍｍのアルミニウム合金板
（ＪＩＳ５１８２−Ｏ材）及び高張力鋼板（ＳＰＦＣ）
を使用し、これらの試験材の表面に下記表１に示す各実
施例及び比較例の潤滑剤を塗布した。なお、潤滑油は鉱
油系の市販品である。また、固形潤滑剤としてはポリビ
ニルアルコールを使用し、バーコーダーで塗布量が１ｇ
／ｍ²となるように塗布量を調整した。また、下記表１
において、潤滑油の粘度は４０℃でのものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】次に、各試験材について、プレス成形性、
脱脂性、溶接性及び設備投資の必要性を調査した。な
お、各調査は潤滑油をはけ塗りした直後に行った。

【００２５】プレス成形性の調査としては、一辺の長さ
が３２０ｍｍであり、もう一辺の長さが４００ｍｍであ
るブランクを、一辺の長さが２００ｍｍであり、もう一
辺の長さが３００ｍｍであるポンチを使用し、加工速度
を３００ｍｍ／ｓとして、８０ｔメカニカルプレスによ
り角筒絞り試験した。

【００２６】図１（ａ）は角筒絞り試験に使用される金
型を示す模式的断面図、（ｂ）はその模式的平面図であ
る。なお、図１（ｂ）において、上ダイ及びダイ基台は
省略されている。図１（ａ）に示すように、角筒絞り試
験に使用される金型においては、平板からなるポンチ基
台１が設けられ、その上面に肩部の半径が５．０ｍｍの
ポンチ２が配設されている。なお、図１（ｂ）に示すよ
うに、ポンチ２を上方から観察すると、隅部に半径が１
０ｍｍの面取が施された略長方形となっている。また、
ポンチ基台１にはポンチ２の側方に孔が設けられてお
り、この孔に支柱３が上下方向に移動可能に挿入されて
いる。そして、支柱３の上部には試験材１０を支持する
下ダイ４が設けられている。この下ダイ４の上に試験材
１０が配置される。また、試験材１０の上方にポンチ基
台１と平行に平板からなるダイ基台６が設けられてい
る。更に、ダイ基台６の下面で下ダイ４と対向する位置
に上ダイ５が設けられている。なお、上ダイ５のポンチ
２と対向する隅部には半径が５．０ｍｍの面取が施され
ている。

【００２７】このように構成された金型においては、ダ
イ基台６を下降させることにより、試験材１０が上ダイ
５と下ダイ４とにより挟持される。次に、試験材１０が
上ダイ５と下ダイ４とにより挟持された状態のまま、支
柱３を下降させる。こうすると、先ず、試験材１０がポ
ンチ２の上面に接する。そして、ポンチ２の形状に倣っ
て試験材１０が成形される。なお、液体窒素を噴霧する
場合には、図１（ｂ）に示すポンチ２の隅部近傍の噴霧
位置７に液体窒素が噴霧される。

【００２８】なお、角筒絞り試験を行う前に試験材には
前処理が施されている。この前処理方法を下記表２に示
す。下記表２の前処理方法の欄において、方法１は、試
験材を図１に示す金型に配置した後、噴霧位置７に液体
窒素を噴霧し、５秒経過してからプレス成形したことを
示す。方法２は、試験材を液体窒素中に浸漬して取出し
た後、金型に配置しプレス成形したことを示す。方法３
は、通常行われている方法であり、試験材を金型に配置
した後、そのままプレス成形したことを示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】そして、角筒絞り試験の結果、アルミニウ
ム合金板では角筒絞り高さが２０．０ｍｍ以上のもの
を、高張力鋼板では角筒絞り高さが３０．０ｍｍ以上の
ものを、成形性が良好であると評価した。

【００３１】また、脱脂性の調査として、先ず、自動車
製造工程中の脱脂工程において一般的に使用されている
ケイ酸ソーダ型アルカリ脱脂液（温度：４３±２℃、ｐ
Ｈ：１０．５）に試験材を浸漬して取出した。そして、
試験材を水洗した後に、その水濡れ面積率を測定した。
この結果、水濡れ面積率が８０％以上であるものを脱脂
性が良好であると評価した。

【００３２】溶接性の調査としては、スポット溶接の連
続打点数を測定した。なお、連続打点数とは、引張せん
断試験（ＪＩＳＺ３１３６）により測定した溶接部の
強度が１５００Ｎ以下となるまでの打点数である。この
結果、アルミニウム合金板では連続打点数が３００点以
上のものを、高張力鋼板では連続打点数が１０００点以
上のものを、接合強度が優れ、スポット電極寿命が長
く、溶接性が良好であると評価した。

【００３３】また、設備投資の必要性は試験材を冷却す
るための冷却槽が必要であるか否かにより評価した。必
要としない場合を新たな設備投資が不要であり、良好で
あるとした。これらの調査結果を下記表３に示す。な
お、各調査結果の数値は、各実施例及び比較例につい
て、３回の試験を行った結果の平均値である。

【００３４】

【表３】

【００３５】上記表３に示すように、実施例１乃至３に
おいては、適切な粘度を有する潤滑油を使用し、適切な
方法でプレス成形の前処理を行っているので、角筒絞り
高さ、水濡れ面積率及び連続打点数が良好であると共
に、多額の設備投資が不要となった。

【００３６】一方、比較例８においては、潤滑油の粘度
が本発明範囲の上限を超えているので、脱脂性が不良で
あった。

【００３７】比較例９及び１０においては、冷却媒体に
よる冷却を行っていないので、潤滑油が固形化されず、
潤滑性が低く、プレス成形性が不良であった。

【００３８】比較例１１及び１２においては、試験材を
液体窒素に浸漬するため、多額の設備投資が必要とな
る。また、比較例１２においては、試験材として低温脆
性を示す高張力鋼板を使用しているので、過剰な冷却に
よりプレス成形時に脆性破壊が生じた。

【００３９】比較例１３においては、潤滑油の粘度が本
発明範囲の上限を著しく超えているので、脱脂性及び溶
接性が不良であった。

【００４０】比較例１４においては、固形潤滑剤が使用
されているので、溶接電流が阻害され、溶接性が不良で
あった。

【００４１】第２実施例先ず、試験材として板厚が１ｍｍの高張力鋼板（ＳＰＦ
Ｃ）を使用し、この表面に潤滑油として４０℃での粘度
が４ｍｍ²／ｓである市販の洗浄油を塗布した。そし
て、試験材に液体窒素（−１９６℃）を吹付けて、下記
表４に示す時間経過した後、プレス成形した。

【００４２】

【表４】

【００４３】次に、第１実施例と同様にして、プレス成
形性を調査した。この結果を下記表５に示す。

【００４４】

【表５】

【００４５】上記表５に示すように、実施例４及び５に
おいては、液体窒素を吹付けてからの経過時間が適切で
あるので、プレス成形性が良好であった。

【００４６】一方、比較例１５においては、経過時間が
本発明範囲の上限を超えているので、プレス成形性が不
良であった。また、潤滑油だけでなく試験材までもが冷
却され、低温脆性が起こり割れが発生した。

【００４７】第３実施例先ず、試験材として板厚が１ｍｍのアルミニウム合金板
（ＪＩＳ５１８２−Ｏ材）を使用し、この表面に潤滑油
として４０℃での粘度が４ｍｍ²／ｓである市販の洗浄
油を塗布した。そして、試験材に下記表６に示す冷却媒
体を吹付けて、５秒間経過した後、プレス成形した。

【００４８】

【表６】

【００４９】次に、第１実施例と同様にして、プレス成
形性を調査した。この結果を下記表７に示す。

【００５０】

【表７】

【００５１】上記表７に示すように、実施例６及び７に
おいては、冷却媒体の温度が適切であるので、プレス成
形性が良好であった。

【００５２】一方、比較例１６においては、冷却媒体の
温度が本発明範囲の上限を超えているので、潤滑油が完
全には固形化されなかったため、潤滑性が低く、プレス
成形性が不良であった。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
潤滑油を適切な温度に冷却しているので、潤滑油は固形
化されワックス状になり、その潤滑性が向上する。この
ため、金属板の成形性を向上させることができる。ま
た、金属板の内部までは冷却されないので、高張力鋼板
等を使用しても低温脆性によるプレス破断が生じること
がない。そして、プレス成形後には、潤滑油の粘度は冷
却される以前のものとなる。従って、その後の溶接加工
における溶接性及び脱脂工程における脱脂性を低粘度の
潤滑油が塗布された場合と同等の良好なものとすること
ができる。また、冷却媒体として液体窒素、液体ヘリウ
ム又はドライアイスを選択することにより、冷却媒体を
入手しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は角筒絞り試験に使用される金型を示す
模式的断面図、（ｂ）はその模式的平面図である。

【符号の説明】

１；ポンチ基台２；ポンチ３；支柱４；下ダイ５；上ダイ６；ダイ基台７；噴霧位置１０；試験材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４０℃での粘度が２０ｍｍ²／ｓ以下で
ある潤滑油を金属板の表面に塗布する工程と、前記金属
板を金型内に配置する工程と、プレス成形したときに割
れが発生しやすい前記金属板の表面の位置に−５０℃以
下の冷却媒体を噴霧することにより前記潤滑油を固形化
させる工程と、前記冷却媒体の噴霧の後１０秒以内に前
記金属板をプレス成形する工程とを有することを特徴と
する金属板の加工方法。
【請求項２】前記冷却媒体は液体窒素、液体ヘリウム
及びドライアイスからなる群から選択されたいずれか１
種であることを特徴とする請求項１に記載の金属板の加
工方法。